劉意如 周隆超 白興家 白建林

摘要：延長(zhǎng)氣田屬低滲透氣藏，氣井采氣方式主要采用自噴開(kāi)采，其中部分氣井采用井下節(jié)流開(kāi)采，因此“井筒流動(dòng)規(guī)律”分有節(jié)流井和無(wú)節(jié)流井。主要以收集到的無(wú)節(jié)流氣井相關(guān)流壓測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：氣井;井筒;流動(dòng)規(guī)律;壓力計(jì)算;

由于流體的非均勻性，在氣液兩相管流中，氣液各相的分布狀況可能是多種多樣.存在著各種不同的流動(dòng)型態(tài)，而氣液界面又很復(fù)雜相多變。因此，尋求實(shí)用、嚴(yán)格的數(shù)學(xué)應(yīng)用是很困難的。對(duì)于采氣工程中的氣液兩相管流，其核心問(wèn)題是探討沿程的壓力損失及其影響因素。

1.氣井井筒氣液流動(dòng)規(guī)律

氣液兩相流中，不同的流量、壓力、管路布置狀況和管道幾何形狀都會(huì)造成相界面的形狀（分布）的不同，即形成不同的流動(dòng)結(jié)構(gòu)模式，對(duì)此稱為流型（流態(tài)，流譜）。

由于存在一個(gè)形狀和分布在時(shí)間和空間里是隨機(jī)可變的相界面，而相間實(shí)際上又存在一個(gè)不可忽略的相對(duì)速度，致使流經(jīng)管道的分相流量比和分相所占的管截面比并不相等。這就導(dǎo)致了兩相流動(dòng)結(jié)構(gòu)多種多樣，流型十分復(fù)雜。流型是影響兩相流壓力損失和傳熱特性的重要因素。垂直上升管中氣水兩相流流型主要包括：泡狀流、段塞流、環(huán)狀流、過(guò)渡流、環(huán)霧流。

（1）泡狀流。氣泡以不同尺寸的小氣泡形式隨機(jī)離散分布在流動(dòng)的液體中。顯然，此時(shí)氣體為離散相，而液體為連續(xù)相。隨著氣速的增加，氣泡尺寸會(huì)不斷增大。特征：液相連續(xù)，氣相不連續(xù);氣泡多數(shù)呈球形;管子中心氣泡密度大，有趨中效應(yīng)。

（2）段塞流。在氣泡流動(dòng)中當(dāng)氣泡的濃度增高時(shí)，氣泡聚合為直徑接近于管內(nèi)徑的塞狀或炮彈狀氣泡，氣泡前端部分呈現(xiàn)為拋物線形狀。在這些塞狀氣泡之間可帶有小氣泡的液團(tuán)。當(dāng)氣泡快速上升時(shí)，液體在氣泡與管內(nèi)壁間的間隙中流動(dòng)。特征：大氣泡與大液塊交替出現(xiàn)，頭部呈球形，尾部扁平，形如炮彈;氣彈間液塊向上流動(dòng)，夾有小氣泡;氣彈與管壁間液層緩慢向下流動(dòng)。

（3）環(huán)狀流。液流沿著管道的內(nèi)壁形成一層液體薄膜，而氣流則在管道中央流動(dòng)。這樣，氣液兩相都變成了連續(xù)相。不過(guò)，在這種情況下，管道中央的氣體通常還夾帶著一些液滴一起流動(dòng)。特征：貼壁液膜呈環(huán)形向上流動(dòng);管子中部為夾帶水滴的氣柱;液膜和氣流核心之間存在波動(dòng)界面。

（4）過(guò)渡流。液相從連續(xù)相過(guò)度到分散相，氣相從分散相過(guò)渡到連續(xù)相，氣體連續(xù)向上流動(dòng)并舉升液體，有部分液體下落、聚集，而后又被氣體舉升。這種混雜的、振蕩式的液體運(yùn)動(dòng)是過(guò)渡流的特征，又被稱為攪動(dòng)流。特征：破碎的氣泡形狀不規(guī)則，有許多小氣泡夾雜在液相中;貼壁液膜發(fā)生上下交替運(yùn)動(dòng)，從而使得流動(dòng)具有震蕩性。

（5）環(huán)霧流。當(dāng)含氣率更大時(shí)，氣彈匯合成氣柱在管中流動(dòng)，液體沿管壁成為一個(gè)流動(dòng)的液環(huán)，這時(shí)管壁上有一層液膜。通?？傆幸恍┮后w被夾帶，以小液滴形式分布在氣柱中。

2.井筒流動(dòng)模擬計(jì)算軟件

PIPSIM是集油藏流入動(dòng)態(tài)、單井分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)、地面管道/設(shè)備分析計(jì)算、井網(wǎng)/管網(wǎng)分析等為一體的綜合分析模擬工具。它可以模擬從油藏到地面處理站的整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。PIPSIM最大的特點(diǎn)是系統(tǒng)的集成性和開(kāi)放性，PIPSIM中的每一個(gè)模塊都可以獨(dú)立進(jìn)行分析計(jì)算。

（1）豐富的多相流計(jì)算方法。PIPESIM幾乎包含了所有目前行業(yè)公認(rèn)的垂直和水平多相管流相關(guān)式（經(jīng)驗(yàn)式和機(jī)械式）。可以通過(guò)井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與這些相關(guān)式計(jì)算結(jié)果的擬合，確定最適合實(shí)際流動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)式。同時(shí)給出井筒中各處流體物理化學(xué)性質(zhì)。

（2）精確的流體高壓物性計(jì)算。精確流體的模擬是掌握系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的關(guān)鍵，PIPESIM提供了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的黑油相關(guān)式和組分模型進(jìn)行流體物性預(yù)測(cè)?？梢阅M計(jì)算從輕油到重油所有范圍原油物性， 同時(shí)適合粘度最高幾萬(wàn)厘泊的稠油油藏。對(duì)于組分模型還提供水合物生成計(jì)算以及預(yù)防效果分析計(jì)算功能，同時(shí)提供重組分計(jì)算及含鹽量、結(jié)蠟和瀝青質(zhì)生成計(jì)算功能。

（3）多種類型油氣藏模型。PIPESIM的油氣井模型涵蓋了所有標(biāo)準(zhǔn)的完井模型如直井，斜井，水平井和壓裂井，它還能根據(jù)不同儲(chǔ)層流入?yún)?shù)和流體描述建立多層完井模型。同時(shí)涵蓋了眾多油氣井流入動(dòng)態(tài)計(jì)算方法，并且提供了測(cè)試數(shù)據(jù)擬合流入動(dòng)態(tài)特性功能。

（4）油氣井生產(chǎn)參數(shù)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。PIPESIM 生產(chǎn)系統(tǒng)分析軟件將為您提供一套全面、快速和有效的解決方案，幫助您提高產(chǎn)量和了解油藏潛能。PIPESIM不僅可以模擬從油藏到井口的多相流動(dòng)，而且可以對(duì)地面管道和設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，從而進(jìn)行綜合生產(chǎn)系統(tǒng)分析。

PIPESIM提供對(duì)生產(chǎn)井任意生產(chǎn)參數(shù)及設(shè)備參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，同時(shí)可運(yùn)用節(jié)點(diǎn)分析方法繪制任意節(jié)點(diǎn)處流入/流出曲線，幫助您分析和把握提高產(chǎn)量的機(jī)會(huì)。此外PIPESIM還包括為油藏?cái)?shù)值模擬提供多相管流表以及繪制系統(tǒng)壓力溫度剖面等功能。氣井?dāng)y液能力計(jì)算，給出氣井所需臨界攜液流量，為氣井生產(chǎn)提供重要參考。

3.井筒壓力計(jì)算模型優(yōu)選

通過(guò)對(duì)相關(guān)測(cè)試井進(jìn)行了井筒壓力擬合，其中單相流特征明顯的井?dāng)M合效果較好，而氣水兩相流特征明顯的井不同兩相流模型擬合效果不一樣，統(tǒng)計(jì)了相關(guān)井區(qū)不同類型井的井筒壓力擬合誤差情況。對(duì)于氣水同產(chǎn)井，由于氣攜液的不確定性，造成很難模擬預(yù)測(cè)，使得井筒壓力計(jì)算難度較大。通過(guò)該井區(qū)實(shí)測(cè)氣水兩相壓力數(shù)據(jù)擬合，3種兩相流模型（Gray（modified）、Hagedorn & Brown、Beggs-Brill）擬合可靠性差異不大，其中Gray（modified）模型和Beggs-Brill模型誤差較小。

4.節(jié)流氣井的井筒壓力計(jì)算

節(jié)流氣井的井筒壓力計(jì)算一般有兩種方法：利用節(jié)流模型+井筒流動(dòng)模型計(jì)算、利用套壓從油套環(huán)空計(jì)算井底壓力。但該井區(qū)的節(jié)流氣井井口與地面輸氣系統(tǒng)連接，井口壓力變化已不能反映井底壓力變化規(guī)律。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，井口油壓在開(kāi)采過(guò)程中基本保持不變，產(chǎn)氣量的變化和井口油壓變化沒(méi)有直接關(guān)系，如果根據(jù)井口油壓，利用節(jié)流模型+井筒流動(dòng)模型計(jì)算井底壓力將會(huì)存在問(wèn)題。

恒定某井的井口壓力，利用PIPESIM分別計(jì)算1×104m3/d、2×104m3/d、4×104m3/d、6×104m3/d產(chǎn)氣量下的井底壓力，可得出：隨著產(chǎn)量增加，井底壓力越大，而實(shí)際上產(chǎn)氣量越大，生產(chǎn)壓差越大，井底壓力應(yīng)該越小，因此，節(jié)流氣井井底壓力不能從井口油壓折算到井底。

綜上，該井區(qū)節(jié)流氣井井底壓力計(jì)算方法只能利用井口套壓折算到井底，而井筒壓力的計(jì)算，只能采用節(jié)流模型+井筒流動(dòng)模型從井底向井口計(jì)算。

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陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延長(zhǎng)氣田采氣四廠